針對極端環境下生態監測難點，本書從理論架構、硬件研發到系統應用展開全鏈條分析。突破生態物聯網極端環境（高溫、高寒、信號弱）下的硬件瓶頸，以低功耗和無線傳輸為技術核心，設計面向野外場景的生態數據采集、無線傳感網、數據傳輸及能量動態分配等技術典型應用場景。融合數學模型、算法仿真與真實環境測試數據，形成覆蓋“感知-傳輸-管理”全環節的技術體系，為生態數據實時采集、災害預警及生物多樣性保護提供可靠的解決方案。

新疆科技進步二等獎1次，中國地理信息產業協會科技進步一等獎1次

目錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 生態環境監測的常用通信方式 1
1.3 生態環境無線傳感器網絡 2
1.4 無線傳感器網絡能量收集技術 3
第2章 生態物聯網理論基礎 5
2.1 傳感器的介電常數測定基礎 5
2.1.1 介電常數理論基礎 5
2.1.2 傳輸線矢量反射理論 7
2.1.3 終端開路傳輸線阻抗計算 10
2.1.4 觀測對象的反射系數測量 11
2.2 無線通信技術 12
2.2.1 概述 12
2.2.2 LoRa通信技術 13
2.3 無線傳感器網絡路由協議 15
2.3.1 無線傳感器網絡體系結構 15
2.3.2 無線傳感器網絡路由算法 17
2.3.3 分簇路由協議 20
第3章 極端環境下土壤水分智能采集系統研發 24
3.1 矢量反射法測量凍土未凍水含量的理論分析 24
3.1.1 凍土未凍水含量與介電常數的關系 24
3.1.2 凍土未凍水含量反演 26
3.2 基于矢量反射原理的凍土未凍水含量傳感器設計 26
3.2.1 整體方案設計 26
3.2.2 傳感器信號源設計 27
3.2.3 傳感器探頭設計 29
3.2.4 凍土未凍水含量測量的相關信號采集與處理 34
3.2.5 凍土未凍水含量傳感器整體電路設計 42
3.2.6 傳感器封裝 44
3.2.7 傳感器可靠性驗證 44
3.3 基于介電常數的凍土未凍水含量反演算法 53
3.3.1 凍土未凍水含量反演實驗方案設計 53
3.3.2 凍土未凍水含量測定 54
3.3.3 基于研發傳感器的土壤凍融過程電壓信號實驗 58
3.3.4 土壤凍融期介電常數與溫度、含水量的關系測量分析 63
3.3.5 基于介電特性的凍土未凍水含量反演 68
3.4 野外凍土未凍水含量在線監測系統研發 76
3.4.1 基于生態環境監測背景的在線監測系統總體設計 76
3.4.2 系統硬件平臺設計與搭建 78
3.4.3 凍土未凍水含量在線監測系統軟件設計與開發 85
3.4.4 在線監測系統測試 93
第4章 適用野外供能的太陽智能跟蹤系統設計與實現 98
4.1 太陽方位檢測與跟蹤的理論方法 98
4.1.1 太陽方位檢測方法 98
4.1.2 太陽方位跟蹤方法 101
4.1.3 孿生網絡目標跟蹤的主要神經網絡結構 104
4.2 基于圖像識別的太陽方位檢測算法 109
4.2.1 太陽跟蹤數據集構建 109
4.2.2 太陽方位檢測模型構建 113
4.2.3 太陽方位檢測網絡實現 122
4.3 太陽方位智能跟蹤系統 126
4.3.1 太陽方位跟蹤系統功能設計 126
4.3.2 太陽方位跟蹤系統硬件構成 127
4.3.3 太陽方位跟蹤系統軟件設計 131
4.4 太陽智能跟蹤系統的集成與驗證 140
4.4.1 太陽智能跟蹤系統集成 140
4.4.2 太陽智能跟蹤系統驗證 142
第5章 面向平地生態監測的無線傳感網路由協議設計 147
5.1 無線傳感網與多路徑容錯路由基礎 147
5.1.1 無線傳感器網絡多路徑容錯路由協議 147
5.1.2 無線通信技術與網絡層AODV協議 151
5.1.3 NS2網絡模擬器 153
5.2 基于AODV的備份多路徑容錯路由協議 156
5.2.1 基于ZigBee無線傳感器網絡的AODV協議測試 156
5.2.2 面向WSN故障場景的AODV容錯能力分析 164
5.2.3 FTB-AODV協議優化設計思路 167
5.2.4 FTB-AODV協議工作流程與具體實現 178
5.2.5 仿真實驗與結果分析 184
5.3 基于FTB-AODV的自適應路由協議改進 193
5.3.1 FTB-AODV路由協議可靠度分析 193
5.3.2 基于自適應機制和多路徑輪詢調度的優化設計 194
5.3.3 仿真實驗與結果分析 199
第6章 面向山地生態監測的無線傳感網路由協議設計 206
6.1 LORAWAN多跳路由協議基礎 206
6.1.1 LoRa通信技術 206
6.1.2 無線傳感器網絡MAC協議 210
6.2 基于后向均衡的稀疏監測網絡多跳路由算法 212
6.2.1 面向廣域山區生態監測的路由需求分析 212
6.2.2 算法設計 214
6.2.3 算法仿真與實驗 218
6.3 后向均衡多跳路由協議在生態環境監測系統中的實現 222
6.3.1 生態監測系統應用場景分析 222
6.3.2 系統硬件平臺 223
6.3.3 生態環境數據監測節點MAC協議設計 226
6.3.4 系統數據鏈路實現 233
6.3.5 生態監測系統測試分析 242
第7章 生態無線傳感網的太陽能分配策略 246
7.1 太陽能收集無線傳感器網絡 246
7.1.1 EH-WSN能量收集來源及結構 246
7.1.2 太陽能功率預測算法 248
7.1.3 模型預測數據 250
7.1.4 模型精度評估方法 252
7.2 無線傳感器網絡的太陽能功率預測算法 253
7.2.1 經典太陽能功率預測模型的問題分析 253
7.2.2 基于相似時記憶矩陣的動態權重預測算法構建 257
7.2.3 多配置文件-動態權重太陽能功率預測算法精度分析 262
7.3 基于能量預測的EH-WSN能量分配策略 268
7.3.1 傳統分簇路由協議在EH-WSN中存在的問題分析 268
7.3.2 基于能量預測的分簇路由協議設計 272
7.3.3 基于能量預測的分簇路由算法模擬與分析 276
第8章 生態物聯網管理系統研發 286
8.1 系統研發概況 286
8.1.1 研發背景 286
8.1.2 運行環境 286
8.1.3 開發語言 287
8.2 系統實現 287
8.2.1 系統登錄 287
8.2.2 主界面功能 287
8.2.3 生態監測數據管理系統 288
8.2.4 監測設備管理系統 289
8.2.5 系統管理 290
參考文獻 292